【摘 要】
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在复合材料飞机结构设计中,由于应力的铺层相关性,工程上通常采用应变进行结构强度预测.另外,复合材料飞机需考虑损伤容限设计,必须对含损伤,尤其是目视几乎不可见损伤(Barely visible impact damages,BVID)结构的适航符合性进行评估.因此,民用飞机结构设计上更需要基于应变的并考虑含损伤的复合材料失效准则来预测结构强度.本文介绍了一种复合应变失效判据,为验证该失效判据的保守性,设计了面内双轴加载试验,对含BVID损伤的准各向同性铺层T800级碳纤增强环氧树脂基复合材料层压板进行了各种
【机 构】
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中国商飞上海飞机制造有限公司 复合材料中心,上海 200123;中国商飞北京民用飞机技术研究中心 民用飞机结构与复合材料北京市重点实验室,北京 102211
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在复合材料飞机结构设计中,由于应力的铺层相关性,工程上通常采用应变进行结构强度预测.另外,复合材料飞机需考虑损伤容限设计,必须对含损伤,尤其是目视几乎不可见损伤(Barely visible impact damages,BVID)结构的适航符合性进行评估.因此,民用飞机结构设计上更需要基于应变的并考虑含损伤的复合材料失效准则来预测结构强度.本文介绍了一种复合应变失效判据,为验证该失效判据的保守性,设计了面内双轴加载试验,对含BVID损伤的准各向同性铺层T800级碳纤增强环氧树脂基复合材料层压板进行了各种工况的面内失效测试.通过设计双轴加载载荷比,实现了不同的拉伸、压缩、剪切复合加载工况.理论分析与试验结果对比显示,理论方法的失效载荷约为试验失效载荷的80％.此方法的保守性和准确度既满足了结构安全性需求又不会引入不必要的结构质量,适合于实际工程应用.
其他文献
基于B4C良好的中子吸收性能和碳纤维(CF)慢化中子的性能,采用真空热压烧结方法制备了集结构与功能一体具有不同CF含量的CF-B4C混合增强6061Al基复合材料,并对热轧后的组织形貌和力学性能进行分析.结果表明,大变形量热轧后B4C颗粒和CF分布较均匀,没有出现大面积的聚集现象,但是少量B4C颗粒和CF在轧制压力的作用下发生了断裂.当变形量达到60％时,复合材料的抗拉强度可达(265±3)MPa,与6061Al合金的抗拉强度相比,不同厚度的CF-B4C/Al复合材料的抗拉强度分别提高了80％和112％.
为研究锈蚀对钢板表面特性及碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)板-锈蚀钢板界面黏结性能的影响,开展了6批次锈蚀钢板表面特性测试及22个CFRP板-锈蚀钢板双搭接试件的拉伸试验,揭示了锈蚀对钢板表面形貌与粗糙度、表观接触角与表面自由能以及CFRP板-钢板黏结界面破坏模式、有效黏结长度、极限荷载的影响.研究结果表明:随着腐蚀龄期不断增大,均匀腐蚀与点蚀交替主导钢板表面形貌特征变化,钢板表面粗糙度与表面自由能均出现周期性上下波动;CFRP板-锈蚀钢板黏结界面主要呈钢板/胶层界面剥离与CFRP板/胶层界面剥离混合破
为改善装配式结构节点的力学连接性能,对聚丙烯(PP)纤维灌浆料进行材性性能及其钢筋套筒连接接头的力学性能研究.选用不同掺量、长度PP纤维的灌浆料进行力学性能试验,确定PP纤维最佳掺量(占普通(JZ)灌浆料的体积比)和长度分别为0.5％和9 mm.以JZ灌浆料为对照组,设置了4d、6d、8d(d为钢筋直径)3种锚固长度的套筒接头试件并进行单向拉伸试验,采用光纤光栅传感器(FBG)和应变片两种测试方法研究PP纤维灌浆料下的粘结应力分布.结果表明:PP纤维增强灌浆料钢筋套筒的最小锚固长度在6d以上;PP纤维能够
利用聚丙烯腈(PAN)和β-环糊精(β-CD)原料,采用盐酸羟胺原位偕胺肟改性和静电纺丝技术,一步合成制备出偕胺肟聚丙烯腈(AOPAN)-β-CD纳米纤维膜.以纤维膜的形貌和对铀的吸附量为评价指标,优化了改性制备工艺条件.通过SEM、FTIR、表面张力仪等对纤维的形貌、组成和性能进行表征.结果表明,当氰基与羟胺摩尔比为1:1、改性时间为2 h时,AOPAN-β-CD纳米纤维膜的形态及纤维直径分布更均匀,纤维直径约为230 nm,纤维膜的吸附容量最大,达到78.62 mg/g.
基于瞬态动力学理论和遗传优化算法,以提高抗冲击损伤能力为优化目标对复合材料气瓶的铺层顺序进行优化.遗传算法利用MATLAB软件实现,复合材料气瓶冲击损伤分析采用ANSYS进行,通过两个软件之间的信息传递,实现优化计算.以铝内胆复合材料气瓶为算例进行优化,结果表明,在同一冲击能量下,优化后的气瓶基体破裂面积和基体破裂层数均大幅减小,剩余爆破压力显著提高.当冲击能量为60 J时,该气瓶表面基体破裂面积减少了8.8％,基体破裂层数减少了14.3％,剩余爆破压力值提高了9.6％.本文建立的优化算法可以用于复合材料
为研究机床床身用树脂矿物复合材料在典型工况下的损伤演化过程、破坏失效形式,基于颗粒流数值模拟技术(Three-dimensional particle flow code,PFC3D),考虑级配和随机骨料形状,建立了包含骨料、界面过渡区、树脂基质、孔隙的树脂矿物复合材料四项介质离散元模型.结合机床典型工况下的受力情况,研究了树脂矿物复合材料损伤演化过程及裂纹分布规律,并从细观角度研究了裂纹萌生、扩展、贯穿的形成机制.研究结果表明:(1)树脂矿物复合材料损伤演化过程可以明显分为四个阶段;(2)骨料与树脂基质
采用真空热压技术制备了石墨鳞片-碳纤维协同增强铜基复合材料,研究了碳纤维含量对复合材料的组织结构、抗弯强度与热导率的影响.结果表明,石墨鳞片-碳纤维/铜基复合材料界面结合良好;当碳纤维体积分数为0.5vol％～1.5vol％时,碳纤维能够均匀分散在基体中,并有效提升复合材料的抗弯强度.当碳纤维体积分数为1.5vol％时,抗弯强度达到最大值126 MPa,相比未添加碳纤维的复合材料提高了46％;但过量加入碳纤维(2vol％及以上)时,碳纤维出现团聚,使抗弯强度下降.碳纤维的加入会使复合材料的热导率小幅下降,
对低速冲击(LVI)载荷下不同冲击位置对T型复合材料加筋板损伤容限的影响进行了试验研究.选取了2个典型冲击位置,即:两筋间蒙皮和筋条长桁边缘,引入目视可检冲击损伤(VID).借助目视及无损检测手段观察到不同冲击位置处的损伤存在显著差异.相比于蒙皮冲击,长桁边缘冲击处的损伤形式更复杂,表现为:纤维断裂、基体开裂、分层、层剥离及界面脱粘.分别对完好、蒙皮冲击和长桁冲击试件进行冲击后压缩试验(CAI).结果表明:蒙皮冲击件与完好件失效过程极为相似,由于试验夹具刀口的存在,限制了加筋板的变形,诱发了损伤起始,导致
以壳聚糖(CTS)和草酸钙-直接枣红B(CaC2O4-DB)杂化材料为原料,采用共混原位固载法制备草酸钙-直接枣红B/壳聚糖(CaC2O4-DB/CTS)复合材料.利用SEM、BET和FTIR对CTS和CaC2O4-DB/CTS的形貌及结构等进行表征分析,CaC2O4-DB的固载并未改变CTS的形貌结构,仅增加其比表面积和结合位点.详细考察了吸附时间、乙基紫(Ethyl violet,EV)初始浓度、溶液pH及温度等因素对CaC2O4-DB/CTS吸附EV的影响,初步探讨了CaC2O4-DB/CTS对EV
采用定向加压过滤技术获得直径约为120 mm、厚度约为10μm的碳纳米管/聚苯胺(CNT/PANI)自支撑纸基柔性电极.在电极中CNT均匀弥散分布,PANI均匀地嵌入CNT网络中.PANI为纳米至亚微米级球形颗粒,其负载量最高为2.7 mg·cm?2.PANI负载量为2.2 mg·cm?2的电极的孔隙率为70.33％,密度为0.4 g·cm?3,孔面积为67.31 m2·g?1.该电极可紧绕直径为4 mm的玻璃棒数圈而无损伤.该电极在4 mA·cm?2的电流密度条件下,单电极比电容为1.88 F·cm?2